Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Астрономия / Научные работы / Исследовательская работа "Изучение и астрономическое наблюдение планеты Сатурн".
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Астрономия

Исследовательская работа "Изучение и астрономическое наблюдение планеты Сатурн".

библиотека
материалов

13


ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ

«ШАГ В БУДУЩЕЕ»













ИЗУЧЕНИЕ И АСТРОНОМИЧЕСКОЕ НАБЛЮДЕНИЕ

ПЛАНЕТЫ САТУРН









Автор: Горнев Илья Александрович

Россия, пгт.Пойковский

Нефтеюганского района

Тюменской области

МОУ «Средняя общеобразовательная

школа №1» 3 класс


Учитель-куратор: Голендухина Алёна Владимировна

Учитель начальных классов

МОУ «Средняя общеобразовательная

школа№1» пгт.Пойковский

Нефтеюганского района

Тюменской области










пгт.Пойковский



СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..1


1.Солнечная система………………………………………………………………………..2


2.Наблюдения за планетой Сатурн………………………………………………………2-3


3.Сатурн-властелин колец………………………………………………………………..3-5


4.Кольца Сатурна………………………………………………………………………….5-7


5.Спутники Сатурна…………………………………………………………………….…8-9


6.Анализ опытно-экспериментальной работы…………………………………………..10


ВЫВОДЫ…………………………………………………………………………………….10


ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………11

































ВВЕДЕНИЕ

Человечество изучало звёздное небо на протяжении многих столетий, и тем не менее оно продолжает раскрывать перед нами всё новые и новые тайны.

Астрономия изучает те объекты и явления, которые наблюдаются на небе, а небо испокон веков притягивало внимание людей. Понять природу наблюдаемых тел и явлений во Вселенной, дать объяснение их свойствам, узнать, как они возникают и развиваются, люди хотели всегда.

С течением времени появлялись новые факты о наблюдаемых явлений, а главное появлялась возможность проверить правильность тех или иных идей через наблюдения и измерения, используя достижения астрономии. Профессиональных астрономов немного- около 5 тысяч человек на земном шаре.1

Сегодня астрономы для своих наблюдений используют уникальную и дорогостоящую аппаратуру, но для того, чтобы заниматься астрономией на современном уровне, нужны ещё и глубокие профессиональные знания.

Открытие новых комет, наблюдение переменных звёзд, метеоров и многого другого - заслуга непрофессиональных любителей астрономии.

Любительские наблюдения проводятся не только ради научных открытий, человек может делать открытия и для самого себя. Наблюдения небесных объектов приносят массу радостных минут. Они позволяют увидеть то, что недоступно невооружённому глазу.

Сатурн с его кольцом - самая удивительная планета в солнечной системе. Он и привлёк наше внимание. Именно эту планету мы выбрали для изучения и наблюдений.

На сегодняшний день в школьной программе отсутствует такой предмет как астрономия, хотя она привлекает внимание многих школьников. В курсе естествознания и природоведения даны скудные сведения о планетах, звёздах и других астрономических объектах, а интерес у школьников к изучению этого материала велик. В своей работе, на примере изучения планеты Сатурн с его замечательными кольцами и спутниками, мы хотели показать, что изучение и наблюдение астрономических объектов интересное и захватывающее зрелище.

Но существует противоречие между осознанием необходимости изучения астрономии и недостаточной степенью включённости вопросов по астрономии в курс естествознания и природоведения.

Цель нашей работы: создать учебный диск по астрономии на электронном носителе для младших школьников и доказать, что такой учебный предмет как астрономия вызывает большой интерес у школьников и его нужно включить в школьную программу.

Задачи:

-изучить и проанализировать литературу по данной теме;

-провести астрономические наблюдения;

-получить первоначальные навыки работы с телескопом и умение работать с атласом звёздного неба и подвижной картой;

-установить методом астрономических наблюдений наличие колец и спутников у Сатурна;

-на основе сравнительного анализа данных, полученных в ходе наблюдений и изученной литературы выявить характерные признаки Сатурна и сделать выводы;

-подготовить интересный учебный материал по астрономии для уроков естествознания на электронном носителе (для младших школьников).

Гипотеза: если бы в школьной программе присутствовал такой предмет как астрономия, то интерес к этому предмету учащихся был бы велик.

Объект исследования: Солнечная система.

Предмет исследования: планета Сатурн.

Средства исследования:

- изучение и анализ литературных источников и WEB-страниц научных организаций;

-астрономические наблюдения;

-сравнительный анализ данных, полученных в ходе наблюдений.



1.Солнечная система


Никто не знает размеры Вселенной. В ней миллионы и миллионы галактик. Создавая новые, более мощные телескопы, астрономы открывают всё больше галактик на расстоянии до 15 миллиардов световых лет от нас.

Примерно через 10 миллиардов лет после Большого взрыва в галактике Млечный Путь сформировалось Солнце, Земля и другие планеты Солнечной системы. Даже сегодня во Вселенной продолжают формироваться галактики, звёзды и планеты.

Солнечная система представляет собой большую семью, состоящую из планет и их спутников, астероидов, комет, метеоров, облаков пыли и газа, и все они вращаются вокруг Солнца.

Сатурн с его кольцами - самая удивительная планета в солнечной системе.

Данные о планетах Солнечной системы см. в Приложении1.


2.Наблюдения за планетой Сатурн

Сатурн был замечен людьми, видимо, позднее таких ярких планет, как Юпитер, Марс и Венера. Но в древней Греции о нем уже знали.
Визуальные наблюдения без телескопов не могли привести к серьезным открытиям. Первенство в астрономических открытиях Сатурна принадлежит Галилео Галилею, человеку, который первый направил на небо телескоп. Знаменитый астроном Галилей в 1610 году обнаружил, что Сатурн чем-то окружен. Но его телескоп был слишком слаб, и потому Галилей не смог разобрать, что именно он видит около Сатурна. Зрительная труба ученого была настолько несовершенна, что не давала достаточно четкого изображения. Это не позволило итальянцу рассмотреть кольцо Сатурна. Но по бокам от диска планеты Галилей видел неясные придатки. Он посчитал их спутниками Сатурна, по аналогии с уже открытыми им спутниками Юпитера.
Только полвека спустя голландскому ученому Гюйгенсу удалось выяснить, что это плоское кольцо, которое окружает планету и нигде с ней не соприкасается.

Голландский ученый Гюйгенс открыл у Сатурна кольца, а также и самый большой спутник Сатурна - Титан.
У Сатурна побывало 3 космических аппарата.

Первым космическим аппаратом, посетившим окрестности Сатурна, был Пионер-11, который 1 сентября 1979 г. прошёл на расстоянии 21 400 км от облачного слоя планеты. Он обнаружил магнитосферу планеты, показал тонкую структуру его кольца. Магнитное поле Сатурна оказалось сильнее земного, но слабее, чем у Юпитера. Была уточнена масса Сатурна. По характеру поля тяготения сделан вывод, что внутреннее строение Сатурна похоже на строение Юпитера. По данным измерений инфракрасного излучения учёные определили температуру видимой поверхности Сатурна. Она оказалась равной 100 К, и этот факт свидетельствовал о том, что планета излучает приблизительно в два раза больше тепла, чем получает от Солнца.
15 октября 1997 года в 4:43 стартовала ракета-носитель с автоматической межпланетной станцией Кассини-Гюйгенс на борту. Целью этой миссии является изучение Сатурна, его спутников и колец.

«Вояджеры» (1 и 2) посетили Сатурн с разницей во времени в 9 месяцев: в ноябре 1980 года и в августе 1981 года.

1 июля 2004 года "Кассини" успешно совершил свой первый пролет сквозь "зазор" между знаменитыми кольцами планеты-гиганта Сатурна - конечного пункта назначения ее 7-летнего космического путешествия. На этот отрезок времени приходится момент максимального сближения станции с планетой, когда от верхней границы облачного слоя Сатурна, "Кассини" будут отделять всего 19.980 километров. Такого больше никогда в истории этой экспедиции не повторится.

Более качественные изображения были получены во время пролёта двух Вояджеров, которые под действием притяжения Юпитера изменили свои траектории и направились к Сатурну. На полученных снимках облачного покрова планеты были видны завихряющиеся полосы, вихри, ореолы и пятна разных цветов - от жёлтого до коричневого, напоминающие образования на Юпитере. Обнаружено и красное пятно поперечником около 1250 км, а также быстро исчезающие тёмные овальные образования.1 /см.Приложение 2/


3.Сатурн-властелин колец.

Характеристика Сатурна:

Средняя удаленность от Солнца - 1427 млн.км (минимальная - 1347; максимальная - 1507)
Экваториальный диаметр - 120 000км (на полюсах - 108 000 км)
Средняя скорость орбитального движения вокруг Солнца - 9,6 км/с
Период вращения экваториальной области (сутки)- 10 ч 13 мин 23 с
Период обращения - 29,46 лет
Известные спутники - 46 ( Энцелад, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Тефея, Диона, Пан, Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Телесто, Колипсо, Елена, Феба)
Масса (Земля = 1) - 95,181
Объем (Земля = 1) - 761,446
Средняя плотность - 0,69 г/см3
Средняя температура на поверхности - -180 оС
Отклонение оси (угол орбиты)- 26о 44'
Отклонение орбиты по отношению к эклиптике - 2,5о
Атмосфера - водород (96%), гелий (3%), метан (0,4%), следы других элементов

Из истории. Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров» и "Кассини". Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы.
    Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс. Его тусклый свет, имеющий матово-белый оттенок, а также очень медленное движение по небу создали планете дурную славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.

Сатурн с его кольцами - самая удивительная планета в солнечной системе. Широкое, совершенно плоское кольцо окружает экватор планеты, как шляпу - ее поля. Оно расположено наклонно к тому кругу, по которому Сатурн обходит Солнце за 29,5 лет. Поэтому в зависимости от положения Сатурна на его пути кольцо поворачивается к нам то одной стороной, то другой. Каждые 15 лет оно располагается к нам ребром, и тогда его нельзя разглядеть даже в самые сильные телескопы.4


Атмосфера. В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут - еще сильнее, чем Юпитер. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда менее четкие, чем у Юпитера.

В этих полосах можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие детали, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким 10 ч 16 мин. Изредка на диске планеты появляются и более заметные детали. Так, в феврале 1876 г. на экваторе Сатурна возникло большое белое пятно, обращавшееся с периодом 10 ч 14 мин на экваторе и 10 ч 38 мин на умеренных широтах. Незначительная разница не должна удивлять: как и у Солнца и Юпитера, скорость вращения атмосферы Сатурна в экваториальных зонах больше, чем близ полюсов.
     Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия. Только содержание гелия в его атмосфере ниже: он более равномерно распределен по всей массе планеты. Вследствие меньшей силы тяготения атмосфера Сатурна глубже Юпитерианской. Видимо, у Сатурна мощнее верхний слой светлых перистых аммиачных облаков, что делает его не таким "цветным" и полосатым. 5
     Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2. АМС «Вояджер-1» выяснил, что около 7 % объема верхней атмосферы Сатурна – гелий (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное – водород. Поскольку предполагается, что условия формирования обеих планет одинаковы, то количество гелия на Сатурне должно быть примерно таким же, как и на Юпитере и Солнце. Недостаток этого элемента в верхней атмосфере может означать, что более тяжелый гелий, возможно, медленно опускается к ядру Сатурна. При этом выделяется тепловая энергия, которая излучается в космос. Минимальная температура на Сатурне – 82 К – измерена радиолучом «Вояджера-2».
     Температура поверхности по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении Сатурна есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения. 5
     Вдоль экватора планеты проходит гигантское атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров, скорость его достигает 500 м/с. Зависимость скорости ветров на Сатурне от широты. В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно.

На Сатурне наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.

Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы.

Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна могла бы быть результатом более сильного смешивания газов в направлении, перпендикулярном экватору, чего не наблюдается в атмосфере Юпитера, на котором полосы облаков различимы даже в 65-мм зрительную трубу с увеличением лишь 60 крат. Такая особенность в атмосфере Сатурна, видимо, связана с особенностями ветров на нем.6
Ветра на Сатурне очень сильны. Вблизи экватора, Вояджеры измерили их скорость: около 500 метров в секунду. Ветра дуют, по большей части, в восточном направлении (напомним, что, как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 000 километров. Кроме того, измерения Вояджера 2 показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.
Когда Вояджер 2 был по отношению к Земле за Сатурном, радиолуч прошел через верхнюю атмосферу, позволив измерить ее температуру и плотность. Минимальная температура на Сатурне - 82 Кельвина. Температура возрастает при погружении в атмосферу.

Южное полушарие Сатурна. "Ураган Дракона" /см.Приложение2/, полученном в ближней ИК-области (цвета на рисунке искусственные). Исследуя результаты, полученные Кассини, ученые обнаружили, что "Ураган Дракона" является причиной таинственных вспышек в радиодиапазоне. Возможно, мы видим гигантскую грозу на Сатурне, когда радиошум возникает из-за высоковольтных разрядов в молниях.

Молнии. Космический аппарат "Кассини", находящийся на орбите Сатурна, обнаружил на нем молнии и новый радиационный пояс, а также сияние вокруг крупнейшего спутника планеты. 5 августа 2005 радиоприборы и плазменно-волновое научное оборудование "Кассини" обнаружили радиоволны, образуемые молнией. Радиосигналы от этой молнии весьма эпизодичны и порой сопровождаются лишь слабой вспышкой, которой может и вообще не быть. Это позволяет предположить, что в средних и высоких широтах происходит ряд различных, возможно, недолговечных бурь. "Кассини" помог сделать ученым и еще одно открытие - с помощью магнитосферического прибора для формирования изображения чуть выше вершин облаков Сатурна обнаружен простирающийся вокруг планеты новый радиационный пояс. 7
    Океан и ядро. Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около половины радиуса планеты давление в нем достигает 3 млн атмосфер, и водород уже не может существовать в молекулярном состоянии. Он становится

металлическим, хотя и по-прежнему жидким. Течения в этом металлическом океане генерируют доволь сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда.
    Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусов? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию.
    Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака. 8
    

4.Кольца Сатурна.

Главные кольца Сатурна в порядке движения от планеты имеют названия С, В и А. Деление Кассини является самой большой щелью и разделяет кольца В и А. Кольцо D является значительно более слабым и наиболее близким к планете. Кольцо F является узкой особенностью за внешним краем кольца А. За ним имеются два далеких и более слабых кольца G и E. Частицы колец Сатурна сложены в основном из водяного льда и имеют размеры от микрон до метров в диаметре. Вообще снимки показывают несколько сотен колец у Сатурна, однако принято рассматривать крупные образования, которые являются наиболее постоянными деталями колец. Некоторые структуры колец связаны с гравитационными возмущениями от спутников Сатурна, но многие из них остаются необъясненными. Так, деление Кассини образовано резонансом со спутником Мимас.

Прошло уже 400 лет, как Галилео Галилей открыл кольца у Сатурна, но до сих пор неизвестна их природа образования.

На изображении показаны снимки Сатурна, полученные космическим телескопом им. Хаббла (HST). /см.Приложение4/

Ширина кольца 250000 км, в то время как толщина всего лишь несколько десятков метров.

На фотографии , снятой HST в 1995 г. можно видеть насколько тонкое кольцо.

/Приложение5/

В 80-ые годы космический корабль Voyager-2 обнаружил в кольцах необычные образования, напоминающие форму спицы или волн. /Приложение6/

Происхождение колец. Долгое время считалось, что к Сатурну приблизился неос9торожный спутник и был разорван его приливными силами "в клочки". Но данные "Вояджеров" опровергли это распространённое мнение. Сейчас установлено, что кольца Сатурна (и других планет тоже) представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяжённостью во многие миллионы километров.
Из внешних областей этого облака сформировались спутники, а во внутреннем образование спутников было "запрещено". Так как скорости взаимных соударений растут при приближении к планете, возле каждой планеты имеется область, где частицы, достигнув определённых размеров, начинают разваливаться от взаимных столкновений. Миллиарды лет соударений - и 10-метровые частицы дошли до такого рыхлого состояния, что рассыпаются от малейшего толчка на скорости миллиметр в секунду! Любая крупная частица за несколько дней или недель проходит полный цикл от разрушения до восстановления.9
Эта взаимная конкуренция, не дающая образоваться крупным спутникам, ослабевает по мере удаления от планеты, и на некотором расстоянии часть вещества превращается в спутники, а часть всё ещё пребывает в раздробленном состоянии - в виде кольца. Кстати, кольца за время своего существования сделали уже триллион оборотов - гораздо больше, чем спутники или планеты по своим орбитам. Суммарная масса ледяных колец Сатурна сравнима с массой его спутника Мимаса, радиус которого 200 км.
Почему кольца плоские? Их сплющивание - это результат противоборства двух основных сил: гравитационной и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать систему со всех сторон, а вращение препятствует сжатию поперёк оси вращения, но не может помешать её сплющиванию вдоль оси. Таково происхождение различных космических дисков, включая планетные кольца.9

Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс. км они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется «делением Кассини» в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году.   При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна - Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда.

Бортовые камеры «Вояджеров» показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно. /см.Приложение7/

Помимо колец А, В и С «Вояджеры» обнаружили еще четыре: D, E, F  и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые.Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен).Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей миллиметра).В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия «спиц» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что «спицы» удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения «спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.Нужно сказать, некоторые ученые задолго  до  запуска  к  Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна. 10

    «Вояджерами» была также сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец.  Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности измерений) на движение аппарата не повлияли.  Точность же составила 1,7 х 10-6массы Сатурна. Иными словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

К настоящему времени у Сатурна установлено существование 7 колец, три из которых видны с Земли и обнаружены астрономами уже давно. Кольца Сатурна состоят из множества ледяных частиц с размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Кольцо Сатурна очень широко: его ширина составляет 137 000 км. В то же время, кольцо имеет в толщину всего несколько десятков метров. Если представить себе планету Сатурн в виде футбольного мяча, кольца бы у такой планеты были гораздо тоньше волоса. Кольцо Сатурна, из-за своей большой ширины и высокой отражательной способности составляющих его частиц, очень яркое. Существует три основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть имена и у более слабых колец - D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи с хорошими телескопами можно увидеть менее заметные щели. Кольца являются остатками того допланетного облака, которое скорее всего породило все тела Солнечной системы. 10

5.Спутники Сатурна.

Известно около 50 спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Крупнейший из них — Титан, единственный спутник в солнечной системе, имеющий плотную атмосферу.

К 1995 г. у Сатурна было известно 22 спутника, которые названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые и состоят преимущественно из водяного льда. Их плотность 1200-1400 кг/мЗ (за исключением Титана). У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.
Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение - они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной (как Луна по отношению к Земле). Информации о вращении самых мелких спутников нет. Сделаем краткий обзор спутников Сатурна, начиная с ближайших к планете.
11
На внешнем краю колец Сатурна с помощью межпланетных аппаратов и космических телескопов обнаружено десять маленьких (диаметрами 10- 100 км) ледяных спутников. Два из них -
Прометей и Пандора (радиусы орбит - 139 и 142 тыс. километров) -- как бы "стерегут" узкое кольцо, расположенное между ними. Эти спутники-"пастухи", вызывая у него сильное возмущение, создают иллюзию переплетённого в косичку кольца. Два других - Янус и Эпиметий - находятся практически на одной орбите радиусом 151 тыс. километров. Они "танцуют" на орбите, периодически меняясь местами (то один, то другой спутник приближается к планете).
Мимас был открыт У. Гершелем в 1789 г. (вместе с другим спутником -Энцеладом). Он имеет сферическую форму. Огромный кратер, названный Гершель, шириной 130 км достигает 1/3 диаметра самого спутника (400 км). Очевидно, это след от падения гигантского метеорита. Тело несколько большего размера могло просто расколоть спутник на части. Радиус орбиты Мимаса 185,5 тыс. километров.
Энцелад (диаметр 500 км, радиус орбиты 238 тыс. километров) отражает практически 100% падающего на него света. Это самое светлое тело Солнечной системы, вероятно, покрытое тонким сплошным слоем молодого инея. Энцелад - наиболее геологически активный спутник Сатурна. На нём могут быть водные вулканы (гейзеры), которые обновляют иней на поверхности и служат источником вещества для разреженного пылевого кольца вдоль орбиты спутника. Энергетический источник вулканической и геологической активности Энцелада неизвестен.
Тефия (диаметр 1050 км, радиус орбиты 295 тыс. километров) примечательна кратером Одиссей шириной 400 км (2/5 диаметра спутника) и гигантским каньоном Итака, протянувшимся на 3 тыс. километров. Это единственный спутник в Солнечной системе, имеющий два маленьких (размером 20 км) коорбитальных спутника - Телесто и Калипсо, расположенных на 60° впереди и позади Тефии - в так называемых точках Лагранжа. Три спутника на одной орбите! Аналогом может служить только Юпитер, который подобным образом "пасёт" на своей орбите два скопления астероидов. Тефия открыта вместе с Дио-ной в 1684 г. Джованни Доменико Кассини.11
Диона (диаметр 1120 км, радиус орбиты 377 тыс. километров) похожа на Тефию и имеет маленький коорбитальный спутник Елену на 60° впереди себя. Был ли, а если был, то куда делся второй коорбитальный спутник на 60° позади - неизвестно.
Рея (диаметр 1530 км, радиус орбиты 527 тыс. километров) - густо-кратерированное тело, второй по размерам (после Титана) спутник Сатурна. Рея менее геологически активна, чем Диона, на поверхности которой заметны деформации коры. Открыта Дж. Д. Кассини в 1672 г.
Титан - самый крупный спутник Сатурна - весит в 20 раз больше всех остальных спутников, вместе взятых. Это второй по величине (после Ганимеда) спутник планеты в Солнечной системе: его диаметр 5150 км - больше, чем у Меркурия. Радиус его орбиты 1,222 млн. километров. Открыт в 1655 г. X. Гюйгенсом.11
Плотность Титана -- 1880 кг/мЗ. Его внутреннее строение похоже на строение юпитерианских спутников Ганимеда и Каллисто, т. е. у него есть каменистое ядро и ледяная мантия. Из-за более низкой, чем у спутников Юпитера, температуры, при которой проходило его образование, Титан может содержать кроме водяного льда и другие, более летучие льды -аммиачный и метановый.
12
Уникальность Титана в том, что он обладает мощной атмосферой с густой аэрозольной дымкой и облаками. Это единственный спутник в Солнечной системе, поверхность которого недоступна для наблюдений обычными оптическими средствами. Цвет Титана - красно-коричневый, с сезонными изменениями. Состав атмосферы - азот с примесью метана и, возможно, аргона; давление на поверхности 1,6 атмосферы. Теоретические модели позволяют говорить о существовании поверхностного этано-метанового океана глубиной до нескольких километров с температурой -180 °С. Поэтому, как шутливо заметил один американский учёный, "шансы поймать рыбу в океанах Титана ничтожны".
Наличие мощной, 200-километровой атмосферы и поверхностного океана жидких углеводородов на Титане кажется фантастикой. Открыт новый мир, практически целая планета со своими, пока ещё мало изученными свойствами и законами. Метеорология Титана очень интересна: несколько слоев облаков, атмосферные течения, дожди из жидкого метана. Учёные кропотливо исследуют сложнейшие химические взаимоотношения водных, метановых, аммиачных и азотных составляющих атмосферы, океана и твёрдого вещества. Есть ли там суша? Как шумит этановый прибой в ледяных скалах? Часто ли на Титане гремят грозы? Какая сложная органика образовалась после миллиарда лет эволюции холодного океана углеводородов? На эти вопросы пока нет ответов.
13
Гиперион - тёмный спутник неправильной формы (330x240x200 км) с хаотическим собственным вращением, период которого меняется на десятки процентов в течение нескольких недель. Он связан с Титаном резонансом 4 : 3 (на четыре оборота вокруг Сатурна, совершаемые Титаном, приходится три орбитальных оборота Гипериона). Радиус его орбиты 1,481 млн километров. Спутник был обнаружен в 1848 г. американскими астрономами Джорджем Бондом и Уильямом Бондом и независимо от них - англичанином Уильямом Ласселлом.
Япет (диаметр 1440 км, радиус орбиты 3,5б1 млн километров) примечателен резкой асимметрией яркости полушарий - в десять раз! Учёные связывают сильное почернение передней (по ходу движения) стороны Япета с бомбардировкой мелкой пылью от внешнего спутника - Фебы. Япет обладает сильнократерированной поверхностью. Открыт Дж. Д Каесини в 1671 г.
Феба - самый тёмный и далёкий (12,95 млн километров) спутник Сатурна, вращается вокруг планеты в обратном направлении. Диаметр этого почти шарообразного спутника -220 км. Феба делает один оборот вокруг Сатурна за 1,5 года. Обратим внимание: у двух соседних планет - Сатурна и Юпитера - - на внешних границах их спутниковых систем располагаются обратные спутники, что указывает на сходство происхождения этих загадочных объектов. Открыта Феба в 1898 г. американским астрономом Уильямом Пикерингом.
Учёные считают, что у Сатурна есть ещё не открытые маленькие спутники, в том числе и на самом краю его спутниковой империи.
13

Спутники Сатурна, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров). /см.приложение8/


P.S. История открытий связанных с планетой Сатурн и его спутниками можно посмотреть в Приложении13.










6.Анализ опытно-экспериментальной работы

Изучив литературу, мы составили план ночных наблюдений.

Для астрономических наблюдений использовался телескоп рефрактор CELESTRON First Scope 90EQ и сменные окуляры 20мм сист.Кельнер, 10мм сист.Кельнер, 6мм сист.Плёсл.

Астрономические наблюдения велись октябрь-ноябрь 2006г. с ипользованием специального календаря /см. Приложение 9/ и подвижной карты звёздного неба /Приложение 12/.

Для фото и видео снимков использовалась цифровая камера Canon Power Shop A510

Результаты наблюдений отражены в дневнике наблюдений /см. Приложение 10/

Результаты самостоятельных фотонаблюдений /см. Приложении 11/.

Наблюдения затруднялись не совсем подходящими метеоусловиями: облачность более 50%, ветер силой более 2-3 м/сек., осадками.

В ходе работы были получены первоначальные навыки работы с телескопом, умение работать с атласом звёздного неба и подвижной картой.

Методом астрономических наблюдений установлено наличие колец и спутников у Сатурна, что является характерным признаком этой планеты и отличает её от других планет Солнечной системы. На основе сравнительного анализа данных, полученных в ходе наблюдений, и изученной литературы сделаны выводы.



ВЫВОДЫ.

В ходе данного исследования был проведен анализ литературы по данной теме, проведено астрономическое наблюдение, получены первоначальные навыки работы с телескопом и подвижной картой звёздного неба, установлено наличие колец и спутников у планеты Сатурн.

Сравнительный анализ данных, полученных в ходе наблюдений, и изученной литературы позволил сделать выводы:

- в телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы;

- максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс;

- Сатурн с его кольцами - самая удивительная планета в солнечной системе. Широкое, совершенно плоское кольцо окружает экватор планеты, как шляпу - ее поля. Оно расположено наклонно к тому кругу, по которому Сатурн обходит Солнце за 29,5 лет;

- снимки показывают несколько сотен колец у Сатурна, однако принято рассматривать крупные образования, которые являются наиболее постоянными деталями колец;

- кольца Сатурна состоят из множества ледяных частиц с размерами от долей миллиметра до нескольких метров.

Мы подготовили интересный материал по астрономии для уроков естествознания на электронном носителе (для младших школьников), который вызвал большой интерес у школьников. Таким образом, выдвинутая нами в начале работы гипотеза подтвердилась: если бы в школьной программе присутствовал такой предмет как астрономия, то интерес к этому предмету учащихся был бы велик.

Материалы данной работы можно использовать на уроках природоведения и естествознания.

Каких бы высот не достигал наука и техника будущих веков, многие фундаментальные открытия останутся заслугой века нынешнего. В настоящее время живёт фактически первое поколение людей, которое знает, каково расстояние до самых далёких наблюдаемых объектов. Это не означает, что будущим поколениям осталось только уточнять детали. Нет, чем больше мы знаем, тем чаще соприкасаемся с Неизвестным, так что число проблем, требующих решения не уменьшается.

Мы планируем продолжать исследования в этой области.




ЛИТЕРАТУРА


1.Андрианов Н.К., Марленский А.Д. Астрономические наблюдения в школе.- М: Просвещение 1987г. с.48-59

2.Аксёнова М. Астрономия.- М: Аванта+ 2004г. с.229,с.552,с.559.

3.Массон Мишель и Клодин. Космос. - М: АСТ Астрель 2002г. с.150

4.Майлс Л., Смит А., перевод с англ. Астрономия и космос.- М: Росмен 2000г. с.30-34

5.Монльор Р.Р. перевод с испанск. Астрономия. Атлас.- М: Росмен 1999г. с.5, с.27, с.52.

6. Насонова Л.П. Система Сатурна.- сб. Динамика спутников планет. Итоги науки и техники. Т. 35. с. 70-133.

6.Хабер Хейнц перевод с немец. Звёзды.- Германия: Слово 1994г.с.4, с.14.

7.Хьюши М. Перевод с англ. Юный исследователь. Звёзды и планеты.- М: Росмен 1994г. с.37, с.70.


WEB страницы:

1.Физический факультет БГПУ .Астрономия для школьников.- http://astro.physfak.bspy.secna.ru/ 2.Азбука звёздного неба.- astro-azbuka.ru

3.Web-страница NASA, содержащая сведения о планетах Солнечной системы: http://sse.jpl.nasa.gov/features/planets/planetsfeat

4. Web-страница, содержащая фотографии планет Солнечной системы: http://www.solarviews.com/eng/homepage.htm






1 Монльор Р.Р. перевод с испанск. Астрономия. Атлас.- М: Росмен 1999г. с.5,

1 Хабер Хейнц перевод с немец. Звёзды.- Германия: Слово 1994г.с.4

4 Майлс Л., Смит А., перевод с англ. Астрономия и космос.- М: Росмен 2000г. с.30-34



4

5

5 Аксёнова М. Астрономия.- М: Аванта+ 2004г. с.229,с.554

6 Монльор Р.Р. перевод с испанск. Астрономия. Атлас.- М: Росмен 1999г. с.52.


6

7 Физический факультет БГПУ .Астрономия для школьников.- http://astro.physfak.bspy.secna.ru /

8 Массон Мишель и Клодин. Космос. - М: АСТ Астрель 2002г. с.150


8

9 Азбука звёздного неба.- astro-azbuka.ru

9

9

10Майлс Л., Смит А., перевод с англ. Астрономия и космос.- М: Росмен 2000г. с.30-34


1

1

11 Монльор Р.Р. перевод с испанск. Астрономия. Атлас.- М: Росмен 1999г.с.27

1

1

12 Андрианов Н.К., Марленский А.Д. Астрономические наблюдения в школе.- М: Просвещение 1987г. с.48-59




13 Аксёнова М. Астрономия.- М: Аванта+ 2004г.с.552

1

1

Автор
Дата добавления 30.10.2016
Раздел Астрономия
Подраздел Научные работы
Просмотров256
Номер материала ДБ-302419
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх